鋰離子電池緩釋壓力安全閥的製作方法

2023-10-21 06:30:07

鋰離子電池緩釋壓力安全閥的製作方法
【專利摘要】一種鋰離子電池緩釋壓力安全閥，由凸沿內脹管(1)下端脹入脹套(2)，凸沿內脹管(1)上端脹入環扣脹套(7)，下拱釋壓片(5)安裝於凸沿內脹管(1)上端由環扣脹套(7)扣緊，下拱釋壓片(5)壓緊內密封圈(4)，向心錐刺管6的向心錐端與下拱釋壓片5相向安裝於環扣脹套(7)上端內圓孔中，凸沿內脹管(1)壓緊外密封圈構成，下拱釋壓片(5)釋放壓力是一個緩釋壓力過程，在保證鋰離子電池內壓力增高安全性措施同時，避免了現有的爆破片瞬間爆破，電池內部正負極材料隨著瞬間洩放壓力噴發而出，導致含有電解液物質迅速在空氣中劇烈氧化引發劇烈燃燒，造成次生災害。
【專利說明】鋰離子電池緩釋壓力安全閥

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及鋰離子電池製造領域，特別是鋰離子電池緩釋壓力安全閥。

【背景技術】
[0002] 動力型鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、自放電小等優良特性，是我國新 能源的重點發展項目，隨著我國的環境保護政不斷加強，電動汽車正在加速推廣應用。動力 型鋰電池單體不斷在增大大、能量密度不斷在增高、電動汽車用鋰離子電池使用環境惡劣， 鋰離子電池意外產氣引起爆炸的可能性及爆炸造成的危害程度也在增大。鋰離子電池的爆 炸多數是由電池內部產氣引起，當電池內置安全保護電路失效，過熱、穿刺、擠壓和撞擊等 情況發生時，電池內部會因高溫產生出大量氣體，而鋰離子電池必須是密封結構，氣體無法 及時排出電池之外，導致電池內部壓力迅速增高，直至引發爆炸，因此需要在鋰離子電池中 設置排氣防爆裝置來減少電池的爆炸事故發生。
[0003] 大多數動力鋰離子電池都設有安全閥，但是現有的安全閥都存在一定的缺陷，有 的安全閥中的安全閥膜為聚偏氟乙烯（PVDF)材質膜，PVDF材質膜比較軟，為了氣密性需要 通過壓緊密封，螺紋鎖緊時往往造成閥膜起皺，引起電池密封失效，導致漏液現象發生，有 的安全閥使用的銅膜，銅材質延伸率大、耐壓高，易導致過高壓無法爆裂的情況，從而導致 電池爆炸。
[0004] 傳統的安全閥爆破片在鋰離子電池中應用有一定的局限性，傳統爆破片結構形式 較多，它是一種靠壓差驅動的緊急洩壓裝置，主要結構形式有正拱形和反拱形，正拱形爆破 片，爆破片凹面接觸介質，凸面處於洩放側。一般情況下，爆破片在工作壓力下不會產生顯 著的塑性變形。隨著所受壓力及受壓力施壓次數的增加，在足夠大的交變應力下，將產生蠕 變，使拱高變形，爆破片在壓力作用下由於受壓次數的增加，使爆破片材料疲勞、蠕變。拱高 變形量在受壓過程中的初期增長較快，而後為緩步增長。這是正拱爆破片的時效效應，這種 時效效應給安全起效釋放壓力帶來一定的不確定性。
[0005] 而反拱形爆破片則基本無時效效應。這是因為正拱形爆破片使用時，凹面朝向受 壓側，超壓時爆破片受拉伸破壞，其爆破壓力由材料的抗拉強度所決定；反拱形爆破片使用 時凸面朝向受壓側，超壓時爆破片發生壓縮失穩，需要到達壓力臨界時翻轉反拱形為正拱 形，翻轉後沿變形區域撕裂，反拱帶刀爆破片則由安裝在爆破片凹面的刀刃割裂，其臨界 翻轉反拱形為正拱形的壓力閾值，主要與安全閥爆破片材料的彈性模量比有關。反拱帶刀 爆破片的安全可靠性仍存在一定的不確定，安裝在爆破片凹面的刀刃割裂能否起效，還會 因為刀刃與爆破片的相對硬度即刀刃的鋒利程度有關，通常大多數爆破片的材質採用了， 不鏽鋼、碳鋼、銅、鎳、鈦、蒙乃爾合金等，這些材質都具有較高的硬度，必須保證刀刃的鋒利 足於割破才能起效，反拱帶刀爆破片其刀刃處於爆破片中央，一旦刀刃不足於割破爆破片， 爆破片受到壓力塑性變形，即沿著刀刃兩側變形，出現此種狀況屬於爆破壓力閾值失效，這 種失效將引發嚴重後果。
[0006] 平板型爆破片的爆破閾值是取決於緊固邊界與變形區域相鄰區，在緊固失效或 緊固滑移時，爆破片的受力區域將發生改變，通常爆破片安裝緊固措施都是螺紋結構，這 種結構存在人為操作誤差，這是平板型爆破片的可靠性差的一個主要原因。公開專利 CN202712304U方形動力鋰電池安全閥，採用了銅箔閥膜焊接閥座，銅材質延伸率大，隨著多 次電池內壓增高引起塑性變形，導致爆破閾值不確定，安全性差。CN20240535U鋰離子電池 安全閥膜，採用圓刻痕技術，爆破閾值取決於刻痕深淺，CN102306723A鋰離子動力電池安全 閥，防爆基片採用預切爆破槽，其爆破閾值同樣取決於預切爆破槽深淺，這兩種爆破槽結構 會因為切槽刀具刃口差異改變安全爆破閾值。
[0007] 現有鋰離子電池安全閥存在更為嚴重缺陷是，爆破片瞬間爆破時，形成一個全開 通孔，鋰離子電池內部正負極材料隨著瞬間洩放壓力噴發而出，這些含有鋰離子電池電解 液物質迅速在空氣中劇烈氧化引發劇烈燃燒，造成次生災害。 實用新型內容
[0008] 本實用新型的目的是要克服現有技術缺陷，提出一種鋰離子電池緩釋壓力安全 閥。
[0009] 鋰離子電池緩釋壓力安全閥的原理：下拱釋壓片安裝於安全閥的凸沿內脹管上 端，由環扣脹套扣緊，下拱釋壓片在環扣脹套扣緊的壓力下，壓緊安裝在下拱釋壓片與凸沿 內脹管上端的內密封圈，內密封圈將電池內與電池外隔離密封。下拱釋壓片的上方安裝向 心錐刺管，向心錐刺管的向心錐端與下拱釋壓片相向，固定在環扣脹套的環內孔中。當鋰電 池內壓增高時，下拱釋壓片翻轉為上拱，翻轉為的上拱下拱釋壓片，其拱高與向心錐刺管相 切，隨著內壓增高，拱高增高，向心錐刺管的錐刺將下拱釋壓片刺破，此時，僅為向心錐刺管 的錐刺尖刺入釋壓片，形成小孔釋放電池內的壓力，電池內壓力經釋放氣體，即迅速減壓， 減壓之後鋰電池不再蓄積壓力引發危險，即使向心錐刺管的錐刺尖刺入形成的小孔釋放 電池內壓力不足於減低鋰電池內壓，釋壓片的拱高將繼續增高，釋壓片繼續增高，向心錐刺 管的錐刺尖刺入形成的孔徑受到錐管半徑增大孔也將增大，此時釋放鋰電池內氣體加快， 直至拱高不再受到內壓力為止，這種緩釋放鋰電池內壓力方式克服了現有爆破片瞬間爆破 時，鋰離子電池內部正負極材料隨著瞬間洩放壓力噴發而出缺陷。
[0010] 所述的下拱釋壓片採用鋁材製造。所述的密封圈採用聚四氟乙烯材質製造。所述 的向心錐刺管採用不鏽鋼、碳素工具鋼或合金工具鋼的一種，優選碳素工具鋼製造。
[0011] 實現本實用新型的技術方案
[0012] 凸沿內脹管下端脹入脹套，凸沿內脹管上端脹入環扣脹套，下拱釋壓片安裝於凸 沿內脹管上端由環扣脹套扣緊，下拱釋壓片壓緊內密封圈，向心錐刺管安裝於環扣脹套上 端內圓孔中，凸沿內脹管壓緊外密封圈。向心錐刺管的向心錐端與下拱釋壓片相向固定在 環扣脹套的環內孔中。下拱釋壓片採用鋁材製造，所述的外密封圈、內密封圈採用聚四氟乙 烯材質製造，所述的向心錐刺管材質是選自不鏽鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼其中的一種。
[0013] 本實用新型的有益效果是，採用了向心錐刺管的錐刺刺破下拱釋壓片釋放壓力是 一個緩釋壓力過程，在保證鋰離子電池內壓力增高安全性措施同時，避免了現有的爆破片 瞬間爆破時，鋰離子電池內部正負極材料隨著瞬間洩放壓力噴發而出，導致含有鋰離子電 池電解液物質迅速在空氣中劇烈氧化引發劇烈燃燒，造成次生災害。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型鋰離子電池緩釋壓力安全閥結構示意圖，圖中，1凸沿內脹管、2 脹套、3外密封圈、4內密封圈、5下拱釋壓片、6向心錐刺管、7環扣脹套、8鋰電池殼端板。
[0015] 圖2是向心錐刺管外形圖
[0016] 圖3是圖2的仰視圖
[0017] 圖4是圖2的A-A剖視圖
[0018] 圖5是下拱釋壓片示意圖
[0019] 圖6是下拱釋壓片受鋰離子電池內壓變形，拱向上示意圖。

【具體實施方式】
[0020] 如圖1所示，凸沿內脹管1下端脹入脹套2,凸沿內脹管1上端脹入環扣脹套7,下 拱釋壓片5安裝於凸沿內脹管1上端由環扣脹套7扣緊，下拱釋壓片5壓緊內密封圈4,向 心錐刺管6的向心錐端與下拱釋壓片5相向安裝於環扣脹套7上端內圓孔中，凸沿內脹管 1壓緊外密封圈。
[0021] 所述的下拱釋壓片5採用鋁材製造，所述的外密封圈3、內密封圈4採用聚四氟乙 烯材質製造，所述的向心錐刺管6材質選自不鏽鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼其中的一種。
【權利要求】
1. 一種鋰離子電池緩釋壓力安全閥，由凸沿內脹管（1)、脹套（2)、外密封圈（3)、內密 封圈（4)、下拱釋壓片（5)、向心錐刺管￠)、環扣脹套（7)組成，其特徵是，凸沿內脹管（1) 下端脹入脹套（2)，凸沿內脹管（1)上端脹入環扣脹套（7)，下拱釋壓片（5)安裝於凸沿內 脹管⑴上端由環扣脹套（7)扣緊，下拱釋壓片（5)壓緊內密封圈（4)，向心錐刺管（6)的 向心錐端與下拱釋壓片（5)相向安裝於環扣脹套（7)上端內圓孔中，凸沿內脹管（1)壓緊 外密封圈。
2. 按權利要求1所述的鋰離子電池緩釋壓力安全閥，其特徵是，下拱釋壓片（5)採用鋁 材製造，所述的外密封圈（3)、內密封圈（4)採用聚四氟乙烯材質製造，所述的向心錐刺管 (6)材質選自不鏽鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼其中的一種。
【文檔編號】H01M2/12GK203910891SQ201420216612
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】鄧昌滬 申請人:鄧昌滬